用钾长石一步法制备氮磷钾复合肥的方法
【专利摘要】本发明“用钾长石一步法制备氮磷钾复合肥的方法”涉及矿业、化工及环保等领域的资源综合利用，特别涉及以钾长石提取有效钾工艺同时生产含氮、磷、钾复合肥的制造方法，属于肥料生产【技术领域】。该发明以酸性反应液分解磷矿和钾长石制备不同养分含量的氮、磷、钾复合肥料。该工艺在相对温和的条件下使钾长石中的难溶性钾转变为有效钾，实现钾长石资源的有效利用，从而解决我国钾肥依赖进口的问题。利用该工艺可以缩短生产周期，简化氟回收系统，提高生产效率，节约建设投资。生产的产品氮磷钾养分齐全，速效和长效并存，有效提高肥料养分利用率，满足农业的科学施肥要求且保护环境。本发明原料便宜易得，工艺简单，操作方便，易于实现规模化工业生产。
【专利说明】用钾长石一步法制备氮磷钾复合肥的方法
[0001] 【技术领域】本发明涉及矿业、化工及环保等领域的资源综合利用，特别涉及以钾长石为原料一步法提取有效钾同时生产含氮、磷、钾复合肥的制造方法。
[0002]技术背景钾盐是自然界中含钾类矿物的总称，可以将其分为可溶性与难溶性两类。可溶性的钾盐资源是现在全球进行开发利用的主要钾资源，而相对来说我国可溶性钾资源储量十分缺少，难溶性的钾盐资源储量非常丰富，有广阔的应用前景和巨大的经济潜力。
[0003]钾长石性质稳定，所含有的钾元素被固定在硅氧-铝氧四面体网格内，不能直接作为含钾肥料被植物所吸收，如何在保证经济性的前提下，将其变成可溶性钾元素成为一项世界性应用难题；国内外采用了多种工艺研究，但由于经济性制约，一直不能大规模工业化利用。以钾长石为原料生产钾肥的方法已进行了多方面的探讨，主要的方法有以下几种:
[0004]1、压热法。将反应物料置于压力反应器内，在200~500°C、0.3~6.1MPa下，用含CaCl2、Ca (OH) 2、CaCHCaCl2、CaO+NaCl等的水溶液分解钾长石制备钾盐。
[0005]2、微生物分解法。利用微生物与钾长石发生生化反应分解钾长石将其中的钾提取出来的方法。研究者发现了一些细菌、真菌可以破坏含钾矿物的晶格结构，释放有效钾素。
[0006]3、高温分解法。包括火法、热法制枸溶性钾、热分解水浸法等。这类反应是指将钾长石与助剂或者添加剂按照配比均匀混合后在900~1500°C的温度下进行反应，使难溶性钾转变成可溶性钾。
[0007]4、低温分解法。包括硫-氟混酸分解法，硫酸加助剂分解法、钾长石-磷矿-无机酸分解法以及碱法分解等。这类分解方法是指钾长石与氢氟酸或添加剂和硫酸或氧化钙等助剂混合后在较低的温度下进行反应。
[0008]上述以钾长石为原料制备钾肥的各种方法，制备过程中能源消耗高，资源综合利用不够合理，不同程度的排放“三废”物质，给环境造成污染。同时所制取的钾肥产品养分比较单一。除部分高温分解法外均未有稳定规模化生产，
[0009]针对我国可直接生产钾肥的可溶性钾矿资源短缺，而土壤和农作物对钾肥的需求量大的现状，本发明目的在于提供一种以储量极为丰富且又价格低廉但难以利用的钾长石为原料，通过将其所含的不溶性钾组分一步法转化为能被作物吸收的可溶性钾(枸溶性和水溶性)，同时得到具有较高养分利用率的氮磷钾复合肥的制备方法。
[0010]
【发明内容】
该工艺以无机酸和尿素反应制备成酸性脲盐反应液，与钾长石和磷矿混合均匀后放入反应釜中，在一定温度下反应一定时间后取出，并继续熟化一定时间，制备成氮磷钾复合肥。其具体步骤描述如下:
[0011](I)将尿素分别在常温下和无机酸(硫酸、硝酸、磷酸、盐酸等)制备成酸性脲盐反应液，
[0012](2)将钾长石粉和磷矿粉按一定质量比加入已制备好酸性脲盐反应液的反应釜中，混合均匀，
[0013](3)在一定温度下反应一段时间,取出，[0014](4)熟化一定时间即制得氮磷钾复合肥。
[0015]其中，所述酸性脲盐反应液的摩尔比为:n(尿素):η(硫酸)=(O~4): 1，η (尿素):η (硝酸)=(O~3): I, η (尿素):η (磷酸)=(O~3): I, η (尿素):η(盐酸)=(O ~5): I。
[0016]所述的反应温度50~130°C，
[0017]所述的反应时间(λ 5~5h，
[0018]所述钾长石粉和磷矿粉的质量比为(0.1~2): 1，
[0019]所述熟化时间0.5~8h。
[0020]与现有技术相比，本发明有如下优点:
[0021]A本发明对环境污染小，资源利用率高。基于对氟形式的理论研究表明，本发明开发使用的尿素与无机酸形成的酸性脲盐反应液与磷矿反应可以生成氟硅酸脲，反应条件比较温和，大幅度降低氟硅酸的蒸汽压，使氟的逸出率减小，操作条件明显改善，与现有各种工艺比较，是一种能量消耗低、环境友好型工艺。
[0022]B本发明由于开发使用了酸性脲盐反应液，提高了难溶磷和钾向有效成分的反应程度，并且通过一步反应就得到具有适度缓效的产品，工艺简单，操作指标容易实现和控制，易于实现规模化工业生产。
[0023]C.该工艺主要原料适应性很强，尤其适于我国钾和磷资源现状。除使用难溶性钾长石外，可以使用中、低品位的磷矿，有利于资源的充分利用，同时成本比同类复合肥低，具有明显的经济竞争力。
[0024]D。本发明中一步制取氮磷`钾复合肥，养分齐全，其中同时含有速效水溶的氮、磷和钾，以及适度长效的缓效氮、枸溶性磷和钾，可以满足作物不同生长期对养分的需求，提高了养分利用率，减少了养分流失对环境的影响，有利于农业平衡施肥的实施和推广，是一种养分利用率高、环境友好的肥料产品。
[0025]【具体实施方式】为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施示例。
[0026]实施例1
[0027](I)将尿素和质量分数为98%的浓硫酸按摩尔比2: I加入反应爸中，尿素和硫酸发生溶解反应生成脲硫酸溶液(酸性脲盐反应液)，然后加入质量比为0.8: I的钾长石粉和磷矿粉，混合均匀。将反应釜置于120°C下反应3h，取出冷却并继续熟化1.5h，即制备成氮磷钾复合肥。
[0028](2)将⑴得到的产物用20g/L柠檬酸溶液200mL浸取，放入振荡器中震荡lh，立即干过滤，弃去最初几毫升滤液，用四苯基合硼酸钾重量法测定其有效氧化钾的含量，此时有效钾溶出率可达84%以上，水溶性钾溶出率可达到29%以上。
[0029]实施例2
[0030](I)将尿素和5.5mol/L的硝酸按摩尔比1: 2加入反应釜中，尿素和硝酸发生溶解反应生成脲硝酸溶液(酸解液)，然后加入质量比为0.8:1的钾长石粉和磷矿粉，混合均匀。将反应釜置于120°C下反应2h，取出冷却至室温再继续熟化1.5h，即制备成氮磷钾复
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[0031](2)将⑴得到的产物用20g/L柠檬酸溶液200mL浸取，放入振荡器中震荡lh，立即干过滤，弃去最初几毫升滤液，用四苯基合硼酸钾重量法测定其有效氧化钾的含量，此时有效钾溶出率可达83%以上，水溶性钾溶出率可达46.08%。
[0032]实施例3
[0033](I)将尿素和质量分数50%的磷酸按摩尔比0.65: I加入反应爸中，尿素和磷酸发生溶解反应生成脲磷酸溶液(酸解液)，然后加入质量比为0.8: I的钾长石粉和磷矿粉，混合均匀。将反应釜置于130°C下反应3h，取出冷却至室温再继续熟化1.5h，即制备成氮磷钾复合肥。
[0034](2)将⑴得到的产物用20g/L柠檬酸溶液200mL浸取，放入振荡器中震荡lh，立即干过滤，弃去最初几毫升滤液，用四苯基合硼酸钾重量法测定其有效氧化钾的含量，此时有效钾溶出率可达90%以上，水溶性钾溶出率可达23.20%。
[0035]实施例4
[0036](I)将尿素和质量分数50%的磷酸按摩尔比0.65:1加入反应釜中，尿素和磷酸发生溶解反应生成脲磷酸溶液(酸解液)，然后加入质量比为0.8: I的钾长石粉和磷矿粉，混合均匀。将反应釜置于110°C下反应3h，取出冷却至室温再继续熟化1.5h，即制备成氮磷钾复合肥。
[0037](2)将⑴得到的产物用20g/L柠檬酸溶液200mL浸取，放入振荡器中震荡lh，立即干过滤，弃去最初几毫升滤液，用四苯基合硼酸钾重量法测定其有效氧化钾的含量，此时有效钾溶出率可达89%以上，水溶 性钾溶出率可达17%。
【权利要求】
1.一种使用储量极为丰富且又价格低廉但难以利用的钾长石以及中国磷矿石(主要成分为氟磷酸钙)为原料，和以尿素和无机酸生成的酸性脲盐反应液反应，一步法生产含氮、磷、钾复合肥的制造方法。
2.权利要求1所述的制备方法，其特征在于先加入无机酸和尿素制备成酸性脲盐反应液，再将磷矿、钾长石、和制备成的酸性脲盐反应液按计量比加入反应釜中混合反应。
3.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述钾长石粉和磷矿粉的质量比为(0.1~.2):1。
4.权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的无机酸选自硫酸或硝酸或磷酸或盐酸等。
5.权利要求1所述的制备方法，其特征在于将尿素溶解于无机酸溶液中制成脲盐酸性脲盐反应液(尿素无机酸加合物)，其配料摩尔比为:η(尿素):η(硫酸)= (0~.4): I, n(尿素):n(硝酸)=(O ~3): I, n(尿素):n(磷酸)=(O ~3): I,η(尿素):η(盐酸)=(O~5): I。
6.权利要求2所述的制备方法，其特征在于物料在反应釜反应温度50~130°C。
7.权利要求2所述的制备方法，其特征在于物料在反应釜反应时间0.5~5h。
8.权利要求6所述的方法，其特征在于反应釜反应一段时间后在室温下继续熟化.0.5~8h。制成氮磷钾复合肥。
【文档编号】C05G1/00GK103570410SQ201210268458
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月22日 优先权日:2012年7月22日
【发明者】王光龙, 张保林, 赵玲玲, 侯翠红 申请人:郑州大学